甲烷在活性炭上的吸附平衡及充放氣研究.pdf

1、天然氣因其熱值高、環(huán)境污染小、使用安全等優(yōu)點(diǎn)受到人們的青睞。目前天然氣的儲(chǔ)運(yùn)方式以長輸管網(wǎng)運(yùn)輸為主，但對(duì)于一些遠(yuǎn)離氣源地的中小城市，這種方式并不經(jīng)濟(jì)。天然氣吸附儲(chǔ)存技術(shù)(ANG)是一種比較有潛力的新型技術(shù)。將ANG作為民用城市燃?xì)庵饕媾R兩個(gè)問題：高性能吸附劑的開發(fā)以及吸附儲(chǔ)存系統(tǒng)在吸附過程中由于熱效應(yīng)而導(dǎo)致吸附效率降低的問題。本文著重從實(shí)驗(yàn)和模擬兩方面展開研究。
　　 為了研發(fā)高性能的ANG吸附劑，本文選擇比表面積為2074m

2、2·g-1的活性炭SAC-02，在溫度區(qū)間263.15K～313.15K、壓力范圍0～9MPa，應(yīng)用Setaram PCT Pro E&E測(cè)量甲烷在SAC-02活性炭上的吸附等溫線，并由D-A方程、Clausius-Clapeyron方程和Virial標(biāo)繪分析了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，當(dāng)壓力高于0.08MPa時(shí)，確定參數(shù)后的D-A方程預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差小于5%；甲烷在SAC-02活性炭上的等量吸附熱反映了甲烷在能量非均勻表面吸附的特點(diǎn)，

3、數(shù)值為13.99 kJ·mol-1～17.57 kJ·mol-1，極限吸附熱隨溫度呈線性變化，其平均值為19.43kJ·mol-1。
　　 為了研究吸附熱效應(yīng)對(duì)吸附性能的影響以及尋找合適的熱管理措施，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)長徑比為33:20容積1260ml且中部配有U型換熱管的吸附儲(chǔ)罐，在室溫條件下，研究放氣速率分別為5L/min、10L/min、15L/min、20L/min時(shí)熱效應(yīng)對(duì)甲烷吸附存儲(chǔ)動(dòng)力學(xué)特性的影響。結(jié)果表明，充/放氣過

4、程中，吸附床溫度的急劇變化都發(fā)生于整個(gè)吸附平衡過程的前10%時(shí)間段內(nèi)；由于吸附床的導(dǎo)熱能力差，軸向上的溫度梯度明顯小于徑向上的溫度梯度；實(shí)驗(yàn)過程中吸附床的最大溫升和最大溫降分別為56.3℃和40.9℃；將常溫的自來水引入吸附儲(chǔ)罐中不能有效地提高氣體吸附量，但可以顯著提高其有效放氣時(shí)間及有效放氣量。
　　 為了獲得合適的模型來預(yù)測(cè)吸附劑結(jié)構(gòu)、充放氣速率以及熱效應(yīng)管理措施等對(duì)吸附性能的影響，本文結(jié)合實(shí)際充氣過程，建立了簡(jiǎn)化的二維傳熱